David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Serie de entrevistas

Dr. Archer es el CTO de Niobium Microsystems y científico principal que lidera la criptografía y el cálculo de múltiples partes en Galois, Inc., cuyos clientes incluyen a DARPA, la NSA, IARPA y el Departamento de Seguridad Nacional.

Tiene más de 30 años de experiencia en investigación y desarrollo en ASIC complejos, hardware de sistema, arquitecturas de software, cálculo seguro y criptografía.

El Dr. Archer tiene un doctorado en Ciencias de la Computación de la Universidad Estatal de Portland, una maestría en Ingeniería Eléctrica y una licenciatura en Ingeniería de Computación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Niobium Microsystems es pionera en soluciones de computación de confianza cero, con los aceleradores de hardware de criptografía homomórfica (FHE) más rápidos de la industria. Las tecnologías de la empresa permiten a las organizaciones aprovechar el valor de los datos mientras los mantienen completamente cifrados, garantizando que la información sensible permanezca privada y apoye el cumplimiento normativo. Al impulsar el rendimiento de FHE a niveles sin precedentes, Niobium Microsystems está haciendo posible una nueva generación de aplicaciones de aprendizaje automático y análisis estadístico con privacidad matemáticamente garantizada.

Ha tenido un viaje académico y profesional increíble. ¿Hubo un momento o influencia específica que lo llevó a dedicar su carrera a la criptografía?

Digo que son dos influencias específicas en desacuerdo, ambas dignas de leer: El derecho a la privacidad de Warren y Brandeis, y La sociedad transparente de Brin. El primero enfatiza el derecho a ser dejado solo, argumentando que la ley debe proteger a las personas de las tecnologías invasivas. El segundo argumenta lo contrario: esas tecnologías invasivas no se pueden evitar, y fallamos cuando intentamos cegar a los pocos poderosos que las utilizan, porque la ley nos impide verlos. Cada vez más, ambas vistas parecen poco prácticas frente a la industria del crimen cibernético, los agregadores de datos y los abusos de los estados nación. La criptografía moderna que, por ejemplo, puede demostrar hechos sin revelar secretos, o compartir datos sensibles sin revelarlos, tienen partes importantes que desempeñar en una solución viable.

Para aquellos que no están familiarizados, ¿cómo explicaría la criptografía homomórfica completa y qué la hace tan innovadora para la privacidad de los datos?

La criptografía homomórfica completa, o FHE, es una tecnología criptográfica que permite realizar cálculos en datos cifrados sin descifrarlos nunca. Imagina entregar una caja cerrada a alguien: pueden manipular lo que hay dentro de la caja sin abrirlo nunca, y solo tú puedes desbloquear el resultado. Con FHE, los datos permanecen cifrados durante el almacenamiento, el tránsito y el cálculo. Eso es revolucionario: garantiza matemáticamente que los datos sensibles permanecen opacos. No más fugas, no más exposición.

¿Cuáles son los mayores desafíos para hacer que FHE sea práctico para aplicaciones de inteligencia artificial empresarial, y cómo aborda Niobium esos desafíos?

Históricamente, el mayor desafío de FHE ha sido la eficiencia computacional: las operaciones FHE han sido miles o millones de veces más lentas que el cálculo regular. Pero en Niobium, hemos abordado esto de frente al construir aceleradores de hardware FHE personalizados. A diferencia de las CPU o hardware tradicionales adaptados de arquitecturas de gráficos o inteligencia artificial, nuestro diseño está optimizado desde cero para las necesidades computacionales de FHE. A través de un enfoque de codiseño de hardware y software, hemos llevado el rendimiento de FHE al ámbito del uso empresarial práctico, finalmente alineando la seguridad con la velocidad del negocio.

¿Qué casos de uso del mundo real, particularmente en defensa o finanzas, cree que están más listos para beneficiarse de FHE hoy en día?

Estamos viendo una demanda clara en defensa y finanzas, donde proteger los datos no es solo deseable, sino crítico para la misión. Una capacidad de guerra importante es el análisis de imágenes multiespectrales de aviones no tripulados (UAV), que se puede utilizar para detectar firmas químicas específicas en un paisaje. Sin embargo, las firmas específicas de interés a menudo son sensibles: un adversario que capture un UAV podría extraer esas firmas y aprender a adaptarse a ellas, evitando la detección. El FHE a bordo puede garantizar que esas firmas permanezcan seguras incluso en caso de captura del avión.

En finanzas, FHE es una solución transformadora. Permite consultas privadas en operaciones de trading en piscinas oscuras, salvaguardando las estrategias de trading y garantizando la equidad del mercado. Además, las instituciones pueden colaborar de manera segura en la detección de fraude a través de fronteras sin revelar datos de transacciones sensibles o identidades de clientes. Este enfoque de colaboración mejora significativamente las capacidades de detección, descubriendo esquemas de fraude institucional complejos, anomalías de transacciones transfronterizas y patrones de actividades ilícitas como el lavado de dinero, todo mientras mantiene el cumplimiento estricto de las regulaciones de protección de datos internacionales. La capacidad de compartir conocimientos sin compartir datos brutos no es solo beneficiosa, es esencial para un ecosistema financiero global seguro y cumplidor.

Ha habido mucho debate sobre la “criptografía de cero conocimiento” o el cálculo que preserva la privacidad. ¿Cómo define eso, y qué papel desempeña en la pila de tecnología de Niobium?

La criptografía de “cero conocimiento” o el cálculo que preserva la privacidad se refiere a hacer que las operaciones criptográficas complejas sean transparentes para los desarrolladores y los usuarios: no necesitan un doctorado en criptografía para aprovechar la tecnología. Ese es un objetivo loable, pero la verdad es que la implementación de FHE requiere conocimientos especializados. Es por eso que Niobium no se detiene en el hardware: también estamos construyendo pilas de software para integrar FHE de manera transparente en flujos de trabajo existentes. También somos miembros fundadores de FHETCH, un consorcio de estándares abiertos que trabaja para construir una capa de API que permita la interoperabilidad entre aceleradores de hardware FHE y bibliotecas de software. Estos son pasos críticos en el camino hacia un mundo donde los usuarios pueden beneficiarse de esta tecnología de próxima generación sin necesidad de convertirse en expertos en criptografía.

La criptografía homomórfica tiene la reputación de ser computacionalmente costosa. ¿Dónde ve los avances más prometedores en términos de rendimiento?

Los avances más prometedores están sucediendo en la aceleración de hardware diseñada específicamente para FHE. Las CPU y GPU tradicionales no están diseñadas para la aritmética intrincada y de alta precisión que demanda FHE. En Niobium, hemos diseñado específicamente nuestros diseños para manejar estas computaciones con una eficiencia sin precedentes. Acoplado con nuestras optimizaciones de compilador especializadas, estamos viendo mejoras en el rendimiento de varios órdenes de magnitud que eran inimaginables hace apenas unos años.

Algunos enfoques de seguridad utilizan entornos de ejecución de confianza o cálculo confidencial. ¿Cómo se compara FHE con esos, y cuándo es la opción claramente mejor?

Los entornos de ejecución de confianza (TEEs), a veces llamados cálculo confidencial, confían en enclaves de hardware para proteger los datos, pero todavía requieren confianza en el proveedor de hardware, el enclave y el software del sistema, y todavía procesan los datos sin cifrar. La complejidad de esa “raíz de confianza” reduce a los TEEs a “seguridad bastante buena”, y un gran número de estudios confirma esa preocupación. FHE elimina la confianza por completo de la ecuación: no hay necesidad de descifrar los datos nunca, por lo que no hay datos sensibles que comprometer. Cada vez que se requiere seguridad absoluta y matemáticamente garantizada, especialmente en industrias altamente reguladas, FHE es la opción superior.

Los ataques de canal lateral son una preocupación al trabajar con datos sensibles a nivel de hardware. ¿Qué medidas ha tomado para minimizar esos riesgos en los diseños de Niobium?

Los ataques de canal lateral explotan fugas de información no intencionadas del hardware. La investigación demuestra una y otra vez que los TEEs son vulnerables a este tipo de ataque. Sin embargo, si la única información que se opera es cifrada, entonces filtrarla no beneficia al adversario. No es que nuestro hardware minimice el riesgo de fuga. En cambio, es que nuestro hardware maximiza el rendimiento y la eficiencia, particularmente porque no necesita preocuparse por la fuga.

¿Cómo ve la evolución de los esfuerzos de estandarización en el espacio FHE, y qué está haciendo Niobium para garantizar la compatibilidad con las normas emergentes?

La estandarización es crucial para la adopción, y estamos participando activamente en estos esfuerzos a través de colaboraciones con grupos de la industria y organismos de estandarización. Niobium acaba de cofundar el Consorcio Técnico de Hardware FHE (FHETCH), junto con Chain Reaction y Optalysys, precisamente para impulsar la interoperabilidad y establecer benchmarks de rendimiento prácticos para soluciones FHE comercialmente viables. Como copresidente técnico de FHETCH, estoy personalmente involucrado en dar forma a iniciativas como el desarrollo de una capa de abstracción de API, que permite la integración transparente entre aceleradores de hardware FHE y bibliotecas de software. También estamos involucrados en esfuerzos de estandarización de la comunidad FHE como los de homomorphicencryption.org. Estos esfuerzos proactivos ayudan a garantizar la compatibilidad y la interoperabilidad desde el principio, lo cual es clave para las empresas que buscan proteger sus inversiones en seguridad. Animamos a NIST a estandarizar FHE rápidamente, porque, como saben, las normas criptográficas de NIST establecen el escenario para las adquisiciones de tecnología del gobierno federal, lo que efectivamente hace que la validación FIPS sea un requisito previo para vender cualquier producto criptográfico a cualquier agencia del gobierno de EE. UU.

¿Qué lo emociona más sobre hacia dónde se dirige el campo en los próximos años, y qué podemos esperar de Niobium en el camino por delante?

Lo que me emociona más es el cambio de la promesa teórica a la implementación práctica de la computación segura a escala empresarial. En los próximos años, anticipo que los servicios de nube FHE se volverán cada vez más comunes, transformando la forma en que las organizaciones abordan la seguridad de los datos. Niobium continuará liderando este esfuerzo: no solo estamos avanzando en el rendimiento de nuestros aceleradores FHE, sino que también estamos expandiéndonos hacia soluciones de computación de confianza cero más amplias, como pruebas de conocimiento cero y cálculo criptográficamente verificable. Esta combinación de garantizar la confidencialidad por un lado, mientras se garantiza la integridad y la no repudiación por el otro, habla directamente de por qué estoy en este esfuerzo: resolver el conundrum planteado por Brandeis y Brin. Espere ver tecnologías de preservación de la privacidad aún más poderosas, versátiles y accesibles de nuestra parte, redefiniendo lo que las empresas consideran posible en el manejo de datos seguros.

Gracias por la gran entrevista, los lectores que deseen aprender más pueden visitar Niobium Microsystems.